Ііі. Основні положення розрахунку мк
3.1. Загальні відомості про метод розрахунку конструкцій за допустимими напруженнями
Метод розрахунку конструкцій за допустимими напруженнями запропонував французький інженер Луї Нав’є у 1826 р. Він базувався на наступних передумовах:
1) гіпотеза плоских перерізів – перерізи, плоскі до деформації, залишаються такими і після неї;
2) закон Гука – напруження в матеріалі пропорційні його відносним деформаціям;
3) принцип Луї Нав’є – найбільші напруження від експлуатаційного навантаження порівнюються з допустимими для даного матеріалу.
На основі цих принципів умова міцності записується:
[],
де – напруження в матеріалі, зумовлене дією експлуатаційних навантажень, які обчислюють за формулами опору матеріалів;
[] – допустимі напруження в матеріалі, що визнаються нормами або технічними умовами;
-
при розрахунках
за межею
текучості;
-
при
розрахунках
за
межею міцності;
k1 або k2 – єдиний коефіцієнт запасу в кожному розрахунку.
Недолік цього методу полягає в тому, що одним коефіцієнтом запасу не можна було врахувати різноманітний вплив численних факторів на міцність конструкцій. Радянські вчені (під керівництвом Стрелецького М.С.) розробили метод розрахунку конструкцій за граничними станами, який отримав світове визнання. З 1955 р. конструкції розраховують за цим методом.
3.2. Метод розрахунку конструкцій за граничними станами
Граничними називають такі стани конструкцій, з настанням яких вони перестають задовольняти вимогам, що пред’являються до них в процесі експлуатації, а також при транспортуванні і монтажі.
Є дві групи граничних станів.
До І групи відносяться граничні стани, при яких конструкція втрачає здатність чинити опір зовнішнім навантаженням та стає непридатною для експлуатації. До І групи належать наступні граничні стани:
- втрата сталості положення;
- крихке, в’язке, стомлене або інший тип руйнування;
- руйнування внаслідок спільної дії силових факторів та несприятливого впливу навколишнього середовища (вплив агресивного середовища та ін.)
До ІІ групи відносяться граничні стани, які утруднюють нормальну експлуатацію конструкцій або знижують їх довговічність. Сюди належить виникнення недопустимих переміщень (прогини, осідання, кути повертання), недопустимих тріщин, коливань тощо.
Розрахунок за І групою граничних станів носить загальну назву – за непридатністю до експлуатації. Розрахунок за ІІ групою – за непридатністю до нормальної експлуатації.
3.3. Навантаження на мк
3.3.1. Класифікація навантажень залежно від змінюваності у часі
В процесі експлуатації МК піддаються дії різноманітних навантажень – власної ваги конструкцій, технологічного устаткування, кранів, атмосферних впливів та інших. Основне призначення конструкцій – сприймати експлуатаційні навантаження. При розрахунках МК враховуються навантаження, які виникають в стадії експлуатації, зведення та монтажу, а також виготовлення, зберігання та транспортування.
Навантаження залежно від змінюваності у часі поділяються на постійні та змінні. Змінні, в свою чергу, поділяються залежно від тривалості неперервної дії на тривалі, короткочасні та епізодичні.
Постійне навантаження – це навантаження, яке діє практично не змінюючись протягом терміну служби споруди і для якого можна нехтувати зміною його значення у часі щодо середнього. До постійних навантажень та впливів відносяться: вага постійних частин будівель та споруд; вага та тиск грунтів (насипи, засипки); гідростатичний тиск води; дія попереднього напруження конструкцій та ін.
Тривале навантаження – це змінне навантаження, тривалість дії якого може наближатися до встановленого терміну експлуатації конструкції. До нього відносяться: вага стаціонарного обладнання; температурні технологічні впливи від стаціонарного обладнання; тиск газів, рідин та сипких матеріалів у ємкостях і трубопроводах; тиск відкладених наносів; вага відкладень технологічного пилу; навантаження на перекриття складів, промислових та цивільних будівель та ін.
Короткочасне навантаження – це змінне навантаження, яке реалізується багато разів протягом терміну служби споруди і для якого тривалість дії набагато менша від встановленого терміну експлуатації конструкції. До нього належать: атмосферні навантаження (снігові, вітрові, льодові навантаження та температурні кліматичні впливи); навантаження від під’ємно-транспортного устаткування; навантаження на перекриття будівель від маси людей, меблів, різноманітного легкого устаткування, ремонтних матеріалів в зонах обслуговування та ремонту устаткування; навантаження, які виникають при транспортуванні та монтажі конструкцій, перестановці устаткування та ін.
Епізодичне навантаження – навантаження, яке реалізується надзвичайно рідко (один чи декілька разів протягом терміну служби споруди) і тривалість дії якого обмежується в часі коротким терміном. Як правило, епізодичними є аварійні навантаження і впливи (сейсмічні та вибухові впливи; навантаження, викликані несправністю або поломкою устаткування і різкими порушеннями технологічного процесу; тиск від гідравлічного удару за повного скиду навантаження; льодові навантаження внаслідок проривів заторів; просадка грунтів в районах гірських виробок та карстових районах та ін.).